Генератор озона

(71) Заявители Дмитриев Сергей Михай лович Кондратьев Михаил Павлович (ВУ)(72) Авторы Дмитриев Сергей Михайлович Кондратьев Михаил Павлович (ВУ)(73) Патентообладатели Дмитриев Сергей Михайлович Кондратьев Михаил Павлович (ВУ)1. Генератор озона, содержащий сплошной и сеточный электроды, разделенные диэлектрическим барьером, генератор высокого напряжения и систему подачи воздушного потока с вентилятором, отличающийся тем, что сплошной электрод герметично вмонтирован в диэлектрический барьер и электрически связан с генератором высокого напряжения, а сеточный электрод заземлен и размешен на внешней поверхности диэлектрического барьера с возможностью охвата сплошного электрода.2. Генератор озона по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрический барьер вь 1 полнен из стекла или керамики в виде двух соединенных плоских пластин с возможностью образования герметичной внутренней полости для размешения сплошного электрода.3. Генератор озона по п. 1, отличающийся тем, что вентилятор системы подачи воздушного потока смонтирован с возможностью всестороннего обдува сеточного электрода.Полезная Модель относится К технике электросинтеза озона И может быть использована для обеззараживания сред в бытовых условиях, в различных технологических процессах и сельском хозяйстве.Известен озонатор с высоковольтным источником переменного напряжения и индуктором в виде металлических пластин 1. Металлические пластины индуктора покрыты диэлектриком, который со стороны разрядного промежутка имеет шероховатую поверхность, при этом шероховатость составляетК - высота неровностей профиля по десяти точкам.Сочетание конструктивных особенностей при заданной шероховатости поверхности пластин диэлектрика со стороны разрядного промежутка позволяет увеличить производительность озонатора на 15-20 за счет увеличения удельной поверхности диэлектрика в зоне тихого разряда.Недостатком такой конструкции является недолговечность собственно индуктора озона вследствие коррозионного износа поверхности пластин диэлектрика.Предложен генератор озона с источником переменного тока высокого напряжения и частотой порядка 20 кГц 2. Генератор озона содержит реактор в виде проводящих пластин, установленных одна против другой. Поверхность пластин покрыта диэлектрическими пленками из расплавленного кварца, которые закреплены с помощью тепло- и электропроводного клеящего состава. Ионизируемый воздух пропускают через зазор между пленками. При подаче напряжения на пластины создается электрический разряд, превращающий часть присутствующего в воздухе кислорода в озон. Для эффективной работы пластины снабжены системой охлаждения.Конструктивное исполнение разрядных электродов не достаточно надежно из-за наличия клеевого соединения, что снижает долговечность озонатора в целом.Известен также разрядный реактор для синтеза озона с пластинами высокой теплостойкости 3. Устройство содержит на обеих поверхностях заземляющий электрод, состоящий из металлической пластинки с высокой теплопроводностью и тонкие диэлектрические пластинки также с высокой теплопроводностью. На внешних поверхностях диэлектрических пластин закреплены электроды высокого напряжения в виде металлических проволок. Часть проволочных электродов выполнена в форме прижимающих пружин или же применяют специальные дополнительные детали, играющие роль этих пружин. Между заземляющим электродом и проволочным электродом подают высокое напряжение, вызывающее возникновение разряда синтезирующего озон.Недостатком такой конструкции для синтеза озона является низкая эксплуатационная надежность из-за быстрого выхода из строя пружинистых элементов, работающих в жестких условиях под воздействием высоких температур.Наиболее близок к предлагаемой полезной модели генератор озона с сеточным электродом 4. Генератор содержит диэлектрическую цилиндрическую трубу, на наружной поверхности которой расположен металлический электрод, внутренний электрод в виде полого цилиндра, выполненного из проволочной сетки и коаксиально установленного без зазора вдоль внутренней поверхности диэлектрической трубы, источник высокого напряжения и систему подачи воздушного потока внутрь диэлектрической трубы. Шаг ячейки сетки внутреннего электрода составляет 2-4 мм, а диаметр проволоки 0,5-0,8 мм. Оптимизация шага ячеек сетки внутреннего электрода и диаметра проволоки сетки обеспечивает получение максимальной производительности озонатора. А низкое питающее напряжение(менее 3 кВ) упрощает исполнение электронной части источника питания и всего устройства в целом. В качестве диэлектрического барьера используют стеклянный цилиндр, на котором крепят внешний электрод из алюминиевой фольги толщиной 0,2 мм. Внутренний электрод выполнен из полутомпаковой стальной сетки. Система подачи воздуха вь 1 полне ВУ 199111 200541640на в виде вентилятора, установленного в корпусе прибора, где размещен непосредственно генератор озона.Недостатком известной конструкции генератора озона является малая долговечность внешнего открытого сплошного металлического электрода вследствие высокой коррозии под действием агрессивной среды, формирующейся вокруг него в процессе работы озонатора. Кроме того, размещение сеточного электрода внутри цилиндрической трубы - диэлектрического барьера снижает производительность озонатора вследствие не эффективного использования процессов динамического расщепления молекул кислорода, ускоряемых электрическим полем, под действием разности потенциалом между электродами.Задачей полезной модели является повышение долговечности и эффективности работы озонатора.Поставленная задача решена тем, что генератор озона, содержащий сплошной и сеточнь 1 й электроды, разделенные диэлектрическим барьером, источник высокого напряжения и систему подачи воздушного потока с вентилятором, согласно полезной модели, сплошной электрод герметично вмонтирован в диэлектрический барьер и электрически связан с генератором высокого напряжения, а сеточный электрод заземлен и размещен на внешней поверхности диэлектрического барьера с возможностью охвата сплошного электрода.Диэлектрический барьер выполнен из стекла или керамики в виде двух соединенных плоских пластин с возможностью образования герметичной внутренней полости для размещения сплошного электрода.Вентилятор системы подачи воздушного потока смонтирован с возможностью всестороннего обдува сеточного электрода.Предложенное исполнение генератора озона отличается от прототипа тем, что сплошной электрод герметично размещен между пластинами диэлектрического барьера и тем самым существенно снижается его коррозия в процессе эксплуатации. Размещение же сеточного электрода на внешней поверхности диэлектрических пластин обеспечивает благоприятные условия для протекания процессов ионизации молекул кислорода. Последнее достигается существенным изменением условий обтекания потоком воздуха рабочих поверхностей сеточного электрода, при котором формируется абсолютное турбулентное течение, характеризующееся числом Рейнольдса Ке 2 10000. В таких условиях обеспечивается равномерное распределение поля искровых разрядов, и за единицу времени существенно большее количество молекул газа доставляется к поверхности сеточного электрода. При этом особенно существенно, что возникает большое количество малых разрядов на узлах ячеек сетки, что приводит к существенно меньшему выделению тепла, обычно противостоящему эффективному выходу озона, так что в качестве охлаждающей среды вполне достаточно поступающего окружающего воздуха. Одновременно динамические ускорения создают дополнительный механизм ионизации, вследствие ударного взаимодействия с поверхностью диэлектрического барьера молекул кислорода, которые ускоряются в электрическом поле и, проскакивая через ячейки сетки, соударяются с поверхностью диэлектрика.Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре представлена принципиальная блок-схема генератора озона.Генератор озона содержит источник высокого напряжения 1 с электрически кабелем 2,который подсоединен к сплошному внутреннему электроду 3, герметично размещенному между двумя стеклянными (или керамическими) пластинами диэлектрического барьера 4. Сеточный электрод 5 плотно смонтирован на внешней поверхности пластин диэлектрического барьера 4 и функционально связан с системой подачи воздушного потока 9, вь 1 полненной на базе вентилятора 7 с приводным электродвигателем 8. Заземляющий кабель 6 электрически соединяет источник высокого напряжения 1 и сеточный электрод 5.Генератор озона работает следующим образом. Посредством приводного двигателя 8 включают систему подачи воздушного потока, приводя во вращение вентилятор 7, и одновременно, от источника высокого напряжения 1, по кабелю 2 и заземляющий кабель 6подают рабочую разность потенциалов на сплошной внутренний электрод 3 И внешний сеточнь 1 й электрод 5. В результате в электрическом поле ионного конденсатора, образованного электродами 3 и 5 с диэлектрическим барьером 4 из стекла или керамики при напряжении, превышающем пробойное напряжение воздуха, возникает тихий электрический разряд, в котором происходит интенсивное разложение молекул кислорода на атомы с последующим образованием озона по реакции О 2 ОО 3 О 22 О 3,Производительность генератора лимитируется электрическим зарядом, на электродах 3, 5, величину которого рассчитывают по формулеП - амплитудное напряжение, подаваемое от источника 1Пг - пробойное напряжение воздуха (ы 3000 В/мм)о) - рабочая круговая частота генератора источника высокого напряжения 1.Концентрацию озона на выходе озонатора в общем случае можно определить из вь 1 ражения (3)с кык 11-ен (з) где С - концентрация озона на выходе из озонаторако, к 1 - константы соответственно разложения и образования озонаУ - объемный расход воздуха в единицу времени.Активная мощность разрядного устройства из динамических характеристик озонатора определяется выражениемП - амплитудное значение напряжения на электродах озонатораН, - напряжение зажигания разряда (пробойное напряжение)СК - емкость ионного конденсатора (разрядного промежутка).Таким образом, из приведенного выражения очевидно, что увеличение емкости ионного конденсатора (разрядного промежутка) приводит к повыщению производительности озонатора и достигается за счет герметичного исполнения сплощного внутреннего электрода 3 и специальной конструкции внещнего сеточного электрода 5, а также подбором материала диэлектрического барьера 4.Экспериментальный образец генератора озона, изготовленный согласно предложенной полезной модели, характеризуется следующими техническими параметрамипроизводительность по озону 1017 молекул О 3/с рабочая частота, о) 50000 Гц емкость ионного конденсатора, СК 100 пФ напряжение на электродах, П 6000 В питание от сети переменного тока, В/Г ц 220/50.Разработанный озонатор испытан в производственных условиях. Исследования показали, что его характеристики удовлетворяют санитарно-гигиеническим требованиям, и он может быть рекомендован к серийному производству.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.